“精准基因工程”是 2015年的10项新兴技术 之一，受到 世界经济论坛新兴技术元委员会的重点关注。
基因工程多年来一直应用于医学、农业和工业领域，但随着现有技术变得精确得多，它正进入一个新阶段。如今有哪些新的可能性？又将带来什么影响？我们与康奈尔大学农业与生命科学学院访问学者、环境主题多部著作的作者马克·莱纳斯探讨了这些问题。
问：迄今为止，基因工程是如何运作的？有哪些局限？
一般来说，它使用一种称为细菌载体的方式。简单地说，你先取出想要插入某种生物体的那段DNA——例如，让胡萝卜产生维生素A的DNA。把它插入一种细菌中，通常是 根癌农杆菌， 然后将这种细菌引入你想要改造的生物体，比如水稻植株。细菌充当递送工具，把这段胡萝卜DNA插入水稻植株的基因组中。这是一种经过验证、可靠的技术。问题在于，要让胡萝卜DNA产生你想要的效果、又不产生不想要的影响，就必须把它插入水稻植株基因组中恰当的位置——但你无法控制细菌会落在哪里。这有点像从一本书里取出一段文字，随机粘贴到另一本书中来编辑书稿。你可能得重复这一流程很多次，才能得到想要的结果。
问：那么，发生了什么变化？
如今出现了一些新技术，能更精确地编辑DNA——更像是用文字处理器编辑书稿。可以说，目前最令人振奋的例子是CRISPR-Cas9：它本质上是一种分子，能够找到基因组中的特定位置，并以精准定向的方式剪除或插入DNA片段。CRISPR-Cas9技术并非发明出来的，而是在自然界中发现的——它来自一种历经数十亿年演化的微生物。概括而言，当生物体遭到病毒攻击时，这种机制会截取部分病毒DNA并将其插入自身基因组；这样再次遇到病毒时，生物体便能记住它，并做好抵御准备。直到2013年，科学家才认识到CRISPR-Cas9在自然界中的运作方式，以及它可以被用作一种工具，因此它的许多影响仍在探索之中。CRISPR-Cas9并非唯一能提高基因工程精度的新技术。另一个例子叫作ZFNs，这方面的进展更为深入——它是目前处于2期临床试验的一种抗HIV技术的基础。目前尚不能保证CRISPR-Cas9适用于人类治疗。不过，研究人员对它易于使用这一点感到振奋。
问：基因工程变得更加精准会带来什么影响？
首先，和任何技术一样，一旦它变得便宜、易用，使用就会越来越普遍——因此我们可以预期，未来几年围绕基因工程的活动和创新将爆发式增长。从传播角度看，直接编辑基因组，而不是拼接来自其他生物体的DNA片段，也有望改变公众对基因工程的看法。遗憾的是，围绕“转基因”生物体存在许多争议，由此造成的官僚主义障碍使得转基因作物在欧盟、非洲和亚洲大部分地区几乎得不到种植。监管负担是远比改造生物体的实际操作更显著的阻碍；后者简单到本科生也能完成。新技术提供了改变这种叙事的宝贵机会。
问：就安全性而言，这些新技术有什么不同吗？
没有，关键全在于公众认知。争议很大程度上源于公众对DNA如何运作的误解。DNA本质上只是由四个字母组成的一套字母表，能够编码所有生物所需的生物信息。但许多人认为，来自某种生物体的DNA仿佛承载着该生物体的本质——所以当他们听说例如把猪的基因插入香蕉时，往往会感到反感；人们会疑惑穆斯林能不能吃这种香蕉，等等。很难告诉人们他们错了，因此必须设法打破僵局——而公众听说某种生物体的基因组经过直接编辑后，或许会更容易接受。这可能更像传统的作物选择育种方式：只需等待偶然突变带来有益效果。更高的精度也可能减轻人们对意外后果的担忧。此外，许多正在开发的创新主要会使发展中国家的小农受益，这一点也可能进一步促进公众接受。
问：更精准的基因工程可能带来哪些主要长期益处？
我们可以预期，农业领域将出现一系列有益效果，包括能够培育更好地应对气候变化、且对土地、水和肥料等投入品需求更少的作物。农民将不再那么需要用广谱农药喷洒作物并听天由命，因为作物将越来越多地经过改造，以抵抗最可能影响它们的病原体，这会导致病原体发生突变，展开一场令人恐惧的“逐底竞赛”？ 此外，这些技术还可用于提高牲畜产量，不过由于公众对基因改造动物可能感到反感，这类应用很可能受到限制。在人类治疗领域，鉴于基因参与多种疾病的发生，其可能性几乎没有边界。精准基因编辑为个性化医疗开辟了机会，使治疗方案能够根据我们各自独特的DNA量身定制。我们也不应忘记，这些技术还将用于工业领域：在封闭系统中，经过基因改造的微生物可以生产从药品到生物燃料的各种产品。
作者：马克·莱纳斯，康奈尔大学农业与生命科学学院访问学者、环境主题多部著作的作者。
图片：2009年10月14日，一名科学家在国际原子能机构（IAEA）位于塞伯斯多夫的实验室进行基因研究。塞伯斯多夫位于维也纳东南约50公里（约31英里）处。REUTERS/Herwig Prammer
